预备热处理对TB2淬火组织影响研究
时间：2022-11-05 13:40:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
TB2，名义成分，Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al，是亚稳β钛合金的典型代表。该类合金因冷成型好，时效强度和断裂韧性高、耐蚀性好、300℃以下热稳定好等优良特性，常被制成紧固件和零部件在航空航天领域广泛应用
。钛合金由于原材料和加工历史的不同，尤其是合金化学成分的差别，每一批钛材之间的α+β/β相变点都有差异
，因此，工业实际中每一批钛材都要求测定相转变温度，钛合金的β转变温度是确定热加工工艺和热处理制度的重要依据
。随着钛合金近β锻造工艺的发展，很多合金要求在相变点附近进行变形，这就要求更精确地测定钛合金的相变点
。公司作为原材料厂家，产品交付用户后一般还要进行热加工，因此，用户要求大部分产品出厂时都要提供相变点。但TB2合金通常以固溶或时效态交货，室温组织是亚稳β组织，没有或者只含有极少量α相，而钛合金相变点的定义是加热过程中α相完全消失的最低温度。因此，准确掌握并运用亚稳β钛合金的相变点测试方法对该类合金相变点测试尤为重要。资料
记载，可热处理合金采用连续升温金相法测试相变点时，试样坯需要先时效，GB/T 23605-2020《钛合金β转变温度测定方法》中第5.5条推荐了亚稳β钛合金具体的时效工艺
。然而这些都只是提到了时效处理，却没有对时效处理做深入地分析和介绍，因此，本文以TB2合金锻棒为例，通过对合金进行不同的预备热处理，对比分析试样淬火前和淬火后的显微组织，明确亚稳β钛合金相变点测试前时效处理必要性的同时，揭示预备热处理工艺对合金淬火组织的演变规律，让广大钛合金生产和研发人员对亚稳β钛合金相变点测试有更深的理解，在工作上给予一定的帮助。
实验原料为公司锻造厂生产的R态TB2锻棒，其原始组织见图1。由于TB2棒材终锻温度超过相变点，且棒材经过较大变形，因此，室温下是棒材是比较均匀的亚稳β组织。采用线切割从该棒材上取¢10mm×15mm的圆形试样坯16个，将这些试样分成4组，每组4个试样，各组试样编号分别为A、B、C、D。首先对4组试样坯按照表1规定的热处理工艺进行预备热处理，然后制备成金相试样观察显微组织。然后，将预处理后的4组试样坯在管式炉中分别进行735℃ /40min、740℃ /40min、745℃ /40min和750℃/40min的热处理。该管式炉有效工作区的炉温均匀性测试符合GB/T 9452的规定，且炉温均匀性不劣于±3℃。试样装炉后，待炉温重新到达设定温度时，开始保温计时，保温结束后，立即将试样置入不高于25℃的水槽，该动作迅速，完成整个过程持续时间不超过3s。
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淬火处理后，为观察试样真实组织，在磨制金相试样前先用机械切割的方式将试样表面至少去除2mm，以消除表面的热影响层。然后依次在粒度240#、400#、800#和1200#的金刚石砂纸上磨光。磨光的试样首先在金相抛光机上利用三氧化二铝水溶液粗抛光，然后使用二氧化硅水溶液进行精抛光。抛光好的试样利用2mL HF+4mL HNO
+94mL H
O的腐蚀剂擦拭数十秒，然后利用德国生产的型号为Axiovert200MAT的ZESS金相显微镜观察试样的淬火组织，并选择有代表性的视场拍摄金相照片。
第二，建立健全奖罚激励机制和监督机制。在建立这些制度时，国资委应加强对离任审计、利益考核、薪酬制度和职务消费等各项内控指标的考核与控制，这样不仅可以有效的遏制企业高管人员的不良行为，而且还可以通过激励提高领导人积极主动完成各项内控管理条例的效率。
2.1 TB2预备热处理显微组织
图2（a）、（b）、（c）、（d）分别是A、B、C、D，4组试样按照表1热处理后的显微组织。从图2看出，4组试样热处理后，亚稳β晶粒边界和晶粒内都有α相析出，图2（a）和2（b）中α析出相总量更多，除了晶界外，晶内也有大量析出，并且聚集长大成针状和片状等形态，但图2（c）和2（d）中α相主要分布在β晶界，而晶粒内部只有极少数α相存在。对照图4中不同的预备热处理工艺，不难发现，造成这种显微组织差异的原因是，A、B组试样固溶处理采用水冷，由于水冷冷却速度较大，冷却过程中β相发生的晶格畸变程度大，因此，时效时α相形核驱动力较大，有利于α相形核，晶界和晶粒内部都有很多形核点。与图2（b）相比，图2（a）中α相细小一些，含量较少。这是因为A组试样时效保温4小时，保温时间越长，析出的α相数量越多，聚集长大更明显。和C组相比，D组试样属于原始热态组织，组织比较稳定，而C组进行了固溶处理，室温下属于亚稳β组织，该类组织稳定性差，再加热到较高温度保温时，便会从过饱和固溶体中析出更多α相，如图2（d）所示。
2.2 TB2高温淬火显微组织
图3（a）、（b）、（c）和（d）分别是A、B、C、D，4组试样经预备热处理后，在735℃、740℃、745℃和750℃下淬火得到的组织。
纵向观察图3中的每4张图片（各组试样同一淬火温度的显微组织）不难发现，在735℃和740℃较低温度淬火时，A组和B组试样的α相比C组和D组的略多，且前者的α相主要分布在β晶粒内，而后者则以晶界为主。产生这种组织差异的原因是淬火前的原始组织（预备热处理组织）不同，因为A组和B组试样固溶时采用水冷，组织中储存的畸变能较大，之后时效过程中α相不仅在原始β晶粒边界发生形核，在晶粒内部也有大量形核。然而C组和D组试样从β相区高温冷却时冷速较慢，室温组织相对稳定，时效析出时α相主要在缺陷位置较多的晶界形核。当淬火温度为745℃时，对A组和B组试样，晶粒内部还有较多的α相（见图3（a）-745℃、3（b）-745℃），但C组和D组中的α相基本消失（见图3（c）-745℃、3（d）-745℃）。
横向观察图3中的每4张图片发现，A、B、C、D，4组试样，每组试样在735℃～750℃温度范围内淬火，淬火组织遵循相似的演变规律，即随着淬火温度的升高，组织中α相逐渐减少，直到温度升至750℃时，α相完全消失。进一步分析得出，735℃淬火后，4组试样中的α析出相都大量溶解，α相尺寸减小，形态也由原来的针状、片状变为细小的球状或短棒状，且在β晶粒边界和晶粒内部都有；
随淬火温度升高，α相进一步溶解、减少，首先在β晶界消失，然后晶粒内部的α相也慢慢溶解消失；
当温度升至750℃时，4组试样晶粒内部的α相也全部消失，并且原始β晶粒有长大的倾向。
（1）本文研究的TB2锻棒，由于终锻温度超过相变点，且棒材经过较大的变形，室温下为相对均匀的亚稳β组织。A、B、C、D，4组试样经不同固溶时效处理后，TB2合金中原始β晶粒边界和晶粒内都有α相析出，固溶时采用水冷处理的A组和B组试样，α析出相更多，并且聚集长大成针状、片状等形态，而C组和D组试样，只有少量α相呈点状或细小针状主要在晶界形成。时效保温时间越长，α析出相越多。与固溶+时效处理相比，热态锻棒直接低温热处理显微组织中α相析出量较少。
以上分析得出，在735℃～750℃的温度范围内，4组试样均完成了α→β的组织转变。尽管预备热处理工艺不同导致它们在相同温度下的淬火组织有所差异。但是，按照GB/T 23605-2020《钛合金β转变温度测定方法》中8.1（b）条规定，这4组试样的α→β相转变温度均为742.5℃。由此推断，TB2锻棒通过不同的预备热处理，并不会影响合金α→β相转变温度测定结果。
（2）4组试样经735℃～750℃淬火，在735℃和740℃的低温淬火组织中，A组和B组试样原始β晶界和晶粒内部都有大量的α析出相，而空冷和热态的试样中α相则主要在晶界聚集，在晶内分布极少，说明低温组织具有遗传性。不管采用哪种预备热处理工艺，A、B、C、D，4组试样的淬火组织都遵循相似的演变规律，随着淬火温度的升高，组织中α相逐渐减少，先是晶界α相消失，当温度升至750℃时，晶内α相也完全消失。
因此对相关人员而言，在水利工程机电安装过程中，必须要重视对各种造价风险事件的识别，最终为保证造价水平奠定基础。
（3）尽管A、B、C、D，4组试样经过4种不同的预备热处理，每组试样在735～750℃下的淬火组织各有差异，但并不影响α→β相转变温度。因此，当实际生产或研究中需要测试该类亚稳β钛合金相转变温度时，可以根据实际情况选择合适的预备热处理工艺。
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